任务 8 ：直流电机的 PWM 调速控制

1. 任务8：直流电机的PWM 调速控制 微型计算机控制技术

2. 工作任务描述： 通过调节实验箱上的电位器旋钮输入模拟量，单片机控制输出脉冲的脉宽，从而控制直流电动机的转速。 微型计算机控制技术

3. 学习内容： 一、A/D转换器的主要性能指标及分类 二、并行 ADC0809芯片的引脚功能 三、单片机与ADC0809的典型连线与编程 四、常用开关量的驱动方法及单片机系统隔离方法 五、PWM控制 微型计算机控制技术

4. 模数转换器接口（A/D） 一、A/D转换器的主要性能指标及分类 1、A/D转换器的主要性能指标 微型计算机控制技术

5. 上图描述了A/D转换的过程 • （1）转换精度 • 通常用分辨率和量化误差来描述 • （2）分辨率：分辨率=UREF/2N，表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。 • （3）量化误差：是指零点和满度校准后，在整个转换范围内的最大误差，通常是已相对误差的形式出现。以LSB为单位，如8位A/D转换器基准电压为5V时，1LSB≈20mv,量化误差±1LSB/2≈±10mv • （4）转换时间 • 指A/D转换器转换完一次A/D转换所需时间，时间越短，表示适应输入信号快速变化能力越强。 • 按照信号传输形式分为：并行A/D和串行A/D 微型计算机控制技术

6. 2、A/D转换器的分类 • 按照转换原理分位:逐次逼近式、双积分式、V/F变换式 微型计算机控制技术

7. 3、ADC0809的芯片引脚及主要性能指标 主要性能： 分辨率 8 位； 转换时间100s； 温度范围-40 ～+85 ℃； 可使用单一的 +5V电源； 可直接与CPU连接； 输出带锁存器； 逻辑电平与TTL兼容。 微型计算机控制技术

8. OE ADC0809有28条引脚。 微型计算机控制技术

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10. ADC0809共有28个引脚，其主要引脚信号为： START—为起动模/数转换引脚，当START=1时，开始起动模/数转换。 EOC—为模/数转换结束引脚 ，转换结束，该引脚输出高电平。 OE—为输出允许控制，该引脚用于控制选通三态门。当OE=1时三态门打开，模/数转换后 得到的数字量才可通过三态门到达数据总线，进而被读入CPU。 CLOCK——为外加时钟输入引脚，其频率为50-800KHZ，使用时常接500-600KZ。 ALE——为模拟通道锁存信号，当此引脚由低电平到高电平跳变时将加到C，B，A 引脚的 数据锁存并选通相应的模拟通道。 微型计算机控制技术

11. 三、单片机与ADC0809的典型连线与编程 可以用中断、查询和延时等待三种方式编制程序。 1、中断方式 将ADC0809的EOC端经过非门之后和单片机的外部中断0连接 微型计算机控制技术

12. 2、查询方式 ADC0809的EOC端和P1.0相连。不断查询P1.0的状态即可得知A/D转换是否结束。 微型计算机控制技术

13. 3、延时等待 ADC0809的EOC端不必和80C51相连接，而是根据时钟频率计算出A/D转换时间，略微延长后直接读取A/D转换值。（大于128us） 试比较三种方式，说出优缺点 微型计算机控制技术

14. 4、ADC0809的应用 例：将单片机上0-5V的模拟信号进行A/D转换并将转换结果通过指示灯或者LED数码管进行显示，调节输入电压，能够从指示灯或者LED数码管上看到值的变化。 5、扩展知识： 串行A/D ADC0832及其接口电路 随着单片机技术的发展，串行接口电路得到越来越多的应用，A/D转换电路同单片机的接口电路除了并行扩展之外，还有串行连接方式。 微型计算机控制技术

15. 四、常用开关量的驱动方法及单片机系统隔离方法四、常用开关量的驱动方法及单片机系统隔离方法 1、驱动发光二极管 常见发光二极管的驱动电流一般为5-10mA，而单片机的I/O口的输出电流一般为几十uA，加正向电压，导通之后的管压降为1-2V，单片机驱动二极管的典型电路如下图所示： 1)驱动端口可用P0-P3口中任意一端（P0口应加上拉电阻），输出低电平，LED亮，反之则暗。 2)驱动限流电阻R1可取10KΩ-100KΩ， 可视驱动三极管的β值而定，β值大， 则R1可略大。R1大，可减小流过80C51 的电流，降低功耗。 3)驱动晶体管VT，灌电流驱动时，应选取 PNP三极管，一般选取9014、9012.9014的 β值较大，Icm较小；9012的β值略小， Icm较大。 4)发光二极管VL限流电阻R2，可根据VL电流而定， VL电流一般取5-10mA，电流大，亮度高。 微型计算机控制技术

16. 2、驱动继电器 • 驱动继电器主要考虑下列两个因素: • 1)继电器线圈额定电压。 • 若额定电压为5V、6V，按照图5-3-2连接，若额定电压大于6V，则按照图5-3-3连接，若额定电压为AC 220V，则应用光耦合器。 • 2)继电器线圈驱动电流。 • 一般来讲，额定电压低，驱动电流大，触电容量大，驱动电流大。可根据线圈驱动电流大小，选用有足够输出电流的晶体三极管，且三极管的β值要大，β值大时，80C51的驱动电流可小一些。需要指出的是要适当选取R1，R1过大，驱动电流不足，继电器会出现“颤抖”。 • 二极管VD的作用是防止换路时，继电器产生感应电压损坏晶体三极管 微型计算机控制技术

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18. 3、光电隔离接口 在单片机控制系统中，有时要将强电回路与单片机弱电供电回路隔离，以有效抑制强电干扰信号，常见的隔离方式是变压器耦合和光耦合，变压器耦合只能用于传送交变信号，且体积大、量重、功耗大，还会产生电磁干扰。光耦合技能用于传送交变信号，又能用于传送直流信号，且体积小、量轻、功耗小，抗干扰强。 光耦合器件有多种类型，最常用的是光敏二极管构成的光耦合器，下图是80C51与光耦合器的典型连接电路，试分析下列电路中，输出高低电平时，光耦合器的工作状态。 微型计算机控制技术

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20. 需要指出的是： • 1)光耦合器中的发光二极管驱动电流较大，应用晶体三极管或者有足够输出电流的门电路扩大80C51的输出电流 • 2)既然是隔离，强电回路的接地端与弱点回路的接地端不能连接在一起，否则隔离只是一句空话。 微型计算机控制技术

21. 4、驱动晶闸管 晶闸管常用于单片机控制系统中交流强电回路的执行元件，一般来讲，据需要光耦合器隔离驱动，图5-3-5为驱动双向晶闸管典型应用电路。 微型计算机控制技术

22. 为减小驱动功率和减小晶闸管触发时产生的干扰，用于交流电路双向晶闸管的触发常采用过零触发，因此上述电路还需要正弦交流过零检测电路，在过零时产生脉冲信号引发80C51中断，在中断服务子程序中发出晶闸管触发信号，并延时关断。这就增加了控制系统的复杂性，一种较为简单的方法是采用新型元件，图5-3-6为过零检测触发晶闸管电路，MOC3041能在正弦波交流过零时自动导通，触发大功率双向晶闸管导通。从而省去了过零检测及触发等辅助电路，并降低了材料成本，提高了可靠性。图中，R3为MOC3041触发限流电阻，R4为BCR门级电阻，防止误触发，提高抗干扰性。为减小驱动功率和减小晶闸管触发时产生的干扰，用于交流电路双向晶闸管的触发常采用过零触发，因此上述电路还需要正弦交流过零检测电路，在过零时产生脉冲信号引发80C51中断，在中断服务子程序中发出晶闸管触发信号，并延时关断。这就增加了控制系统的复杂性，一种较为简单的方法是采用新型元件，图5-3-6为过零检测触发晶闸管电路，MOC3041能在正弦波交流过零时自动导通，触发大功率双向晶闸管导通。从而省去了过零检测及触发等辅助电路，并降低了材料成本，提高了可靠性。图中，R3为MOC3041触发限流电阻，R4为BCR门级电阻，防止误触发，提高抗干扰性。 微型计算机控制技术

23. 五、PWM控制 1、PWM介绍 PWM意为脉冲宽度调制，是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在很多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等。 在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小 目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。 微型计算机控制技术

24. 2、PWM信号发生电路设计 PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生，也可以采用PWM专用芯片来实现，当PWM波的频率太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用电路中，PWM波的频率在18khz左右时，效果最好。 微型计算机控制技术

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